一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮

本发明涉及离心泵，具体涉及一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮。

背景技术：

离心泵作为流体输送系统的关键设备，其具有结构简单、体积小、质量轻、抗污染能力强、寿命长等优点，在石油化工、水利灌溉、航空航天以及航海等领域中发挥着重要作用。现有技术中泵在叶片间具有较大的流道曲率半径，离心泵叶轮在高速运转时，在叶轮流道内部会出现低压区，当压力低于饱和蒸汽压力时，叶轮流道内部的液体会相变为汽态，进行空化初生阶段，开始出现并且产生大量的空泡。叶轮内部产生和存在的空泡会对离心泵的水力性能造成影响，例如空泡对叶轮内部空间体积的占据会造成离心泵扬程的下降，同时还会对离心泵的稳定运行产生影响，甚至造成叶轮的破坏，影响整个离心泵的使用寿命。

随着石油化工和航空科学技术的发展，对离心泵转速有了更高的要求。但是离心泵的转速越高，泵入口的流体流速越大，在运行时更易发生空化，离心泵和普通长短螺旋离心泵已不能满足高抗空化性能的要求，抗空化问题已成为目前流体机械领域亟需解决的主要问题之一。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，其能更好的抑制低背压泵内空化现象的产生和发展。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，包括进口边轮缘侧后掠长叶片和偏置短叶片；

所述进口边轮缘侧后掠长叶片进口边采用后掠式，即叶片进口边轮缘侧沿圆周向叶轮旋转反方向扫掠一定的角度，中间各个截面按线性规律沿圆周向后扫掠，进口边轮缘侧后掠长叶片均匀分布后，偏置短叶片布置在进口边轮缘侧后掠长叶片之间且沿进口边轮缘侧后掠长叶片的背面偏置一定角度β设置。

进一步，所述进口边轮缘侧后掠长叶片的最优后掠角度αopt根据泵进口最低背压及空化性能计算确定，进口边轮缘侧后掠长叶片进口边轮毂侧包角ψhu与进口边轮缘侧后掠长叶片进口边轮缘侧包角ψsh满足ψhu-ψsh＝αopt。

进一步，所述偏置短叶片的最优偏置角度βopt、包角和起始位置由轴面旋涡空化性能计算确定。

本发明的高抗空化工作原理如下：

(1)进口边轮缘侧后掠长叶片的进口采用后掠式设计，叶片进口边轮毂侧相对速度较低，来流压降较小，并对进入叶轮流道的流体提前增压；通过叶片进口边轮缘侧后掠，降低进口轮缘侧的圆周速度和来流压降，综合提高叶轮进口处的来流压力，进而增加原叶轮最低压力区的压力。而当后掠角继续增大时，会使叶片进口边轮缘侧的进口安放角过大，进而导致冲角过大，造成的水力冲击损失和压降也随之增大，使得抗空化性能降低，即存在一个最优的后掠角度，使得抗空化性能最优。

(2)偏置短叶片的最优偏置角度βopt、短叶片包角和起始位置根据轴面旋涡空化尺度进行计算和设计。偏置短叶片可以有效约束该型叶轮流道中后部的轴面流动，阻止进口边轮缘侧后掠长叶片背面上流体的分离和脱流，降低漩涡空化程度，提高泵抗漩涡空化的能力。

采用上述结构后，本发明的有益效果是：

本发明的高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，通过进口边轮缘侧后掠长叶片轮毂侧较轮缘侧提前对介质做功，增加原叶轮最低压力区的压力，降低进口边轮缘侧的圆周速度和来流压降；同时偏置短叶片增加了叶轮中后部流道流体的约束，抑制了流道内的漩涡空化程度，从而大幅度提高低背压泵的抗空化性能，能更好的抑制低背压泵内空化现象的产生与发展。

附图说明

图1是实施例进口边轮缘侧后掠长叶片示意图

图2是实施例安装示意图

图中：1-进口边轮缘侧后掠长叶片，2-偏置短叶片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1和图2所示，本发明的高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮包括进口边轮缘侧后掠长叶片1和偏置短叶片2；进口边轮缘侧后掠长叶片1采用一种新型高抗空化翼型，其进口边采用后掠式，即叶片进口边轮缘侧沿圆周向叶轮旋转反方向扫掠一定的角度，中间各个截面按线性规律沿圆周向后扫掠，进口边轮缘侧后掠长叶片根据泵进口最低背压及空化性能计算确定最优后掠角度αopt，此时叶片进口边轮毂侧包角ψhu与叶片进口边轮缘侧包角ψsh满足ψhu-ψsh＝αopt。通过进口边轮缘侧后掠长叶片轮毂侧较轮缘侧提前对介质做功，增加原叶轮最低压力区的压力，降低进口边轮缘侧的圆周速度和来流压降，综合提高叶轮进口处的来流压力。

如图2所示，偏置短叶片2采用一种新型高抗空化翼型，其在进口边轮缘侧后掠长叶片1均匀分布后，布置在进口边轮缘侧后掠长叶片1之间且偏置短叶片2沿进口边轮缘侧后掠长叶片1的背面偏置一定角度β，偏置短叶片2的最优偏置角度βopt、包角和起始位置由轴面旋涡空化性能计算确定。偏置短叶片有效约束该型叶轮流道中后部的轴面流动，阻止进口边轮缘侧后掠长叶片背面上流体的分离和脱流，降低漩涡空化程度，提高泵抗漩涡空化的能力。

当叶片进口边轮缘侧后掠，液流刚刚进入叶片时，靠近轮缘处的液流已经在叶片轮毂侧的作用下增压，由于流道内液流径向压力的平衡作用，使最容易发生空化的进口边轮缘侧的抗空化条件得到改善，有效抑制了叶片进口处轮缘侧空化的发生程度，即使在进口处轮缘侧产生了初生空化，也会由于径向力作用使汽泡重新凝结而阻止空化进一步发展；当偏置短叶片沿进口边轮缘侧后掠长叶片背面偏置时，有效约束了该型叶轮流道中后部的轴面流动，阻止长叶片背面上流体的分离和脱流，降低漩涡空化程度，进而提高泵抗漩涡空化的能力。

技术特征：

1.一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，其特征在于：包括进口边轮缘侧后掠长叶片(1)和偏置短叶片(2)；

所述进口边轮缘侧后掠长叶片(1)进口边采用后掠式，即叶片进口边轮缘侧沿圆周向叶轮旋转反方向扫掠一定的角度，中间各个截面按线性规律沿圆周向后扫掠，进口边轮缘侧后掠长叶片(1)均匀分布后，偏置短叶片(2)布置在进口边轮缘侧后掠长叶片(1)之间且沿进口边轮缘侧后掠长叶片(1)的背面偏置一定角度β设置。

2.根据权利要求1所述的高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，其特征在于：所述进口边轮缘侧后掠长叶片(1)的最优后掠角度αopt根据泵进口最低背压及空化性能计算确定，进口边轮缘侧后掠长叶片进口边轮毂侧包角ψhu与进口边轮缘侧后掠长叶片进口边轮缘侧包角ψsh满足ψhu-ψsh＝αopt。

3.根据权利要求1所述的高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，其特征在于：所述偏置短叶片(2)的最优偏置角度βopt、包角和起始位置由轴面旋涡空化性能计算确定。

技术总结
本发明公开一种高抗空化进口后掠及分流偏置式螺旋离心式叶轮，包括进口边轮缘侧后掠长叶片和偏置短叶片；进口边轮缘侧后掠长叶片进口边采用后掠式，进口边轮缘侧后掠长叶片均匀分布后偏置短叶片布置在进口边轮缘侧后掠长叶片之间且沿进口边轮缘侧后掠长叶片的背面偏置一定角度β设置；通过进口边轮缘侧后掠长叶片轮毂侧较轮缘侧提前对介质做功，增加原叶轮最低压力区的压力，降低进口边轮缘侧的圆周速度和来流压降；同时偏置短叶片增加了叶轮中后部流道流体的约束，抑制了流道内的漩涡空化程度，从而大幅度提高低背压泵的抗空化性能，能更好的抑制低背压泵内空化现象的产生与发展。

技术研发人员：韩伟;王浩杰;李仁年;张万宇;谢文娟;刘晓超;姚惠钟
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：2021.01.22
技术公布日：2021.06.01